PRL基因的遗传多态性及其物种间的系统进化

王安会,钟金城,马 力

(西南民族大学动物遗传育种学国家民委-教育部共建重点实验室,成都 610041)

催乳素(prolactin,PRL)是由腺垂体及其他组织和细胞所分泌的肽类激素,在所有的脊椎动物中都存在,其作用广泛而复杂。在哺乳动物中,PRL具有诱导细胞增殖[1]、调节能量代谢和免疫[2-3]、产生母性行为[4]、参与生殖活动的调控等生物学功能。对啮齿类、反刍类及灵长类动物的雌性妊娠、泌乳和胎儿的生长发育以及雄性动物的生殖调节等具有重要的作用[5-6]。

在大鼠[7]、小鼠[8]等物种中,PRL含有197个氨基酸残基;羊[9]、猪[10]、牛[11]、鸡[12]等物种中 PRL 含有199个氨基酸残基。在人类基因组中,PRL基因定位于6号染色体上[13],包括5个外显子和4个内含子[14-15],其cDNA开放阅读框含681个核苷酸,编码227个氨基酸残基,前28个氨基酸残基为信号肽[16]。

目前对于PRL遗传多态性的研究集中在单个物种内,而在物种间的报道以及用该基因探讨物种间系统进化关系的研究较少见。本研究运用生物信息学理论和方法,分析 PRL基因在鼠、猫、白化猕猴、普通牛、山羊、野猪、人、斑马鱼、鸡等物种间的遗传多态性,以及这些物种间的系统进化关系。希望对今后的研究提供一些理论依据。

1 材料与方法

1.1 基因序列来源 本研究从NCBI网站(http://www.ncbi.nlm.nih.gov)上选取10条PRL完整编码序列,包括小鼠、大鼠、猫、白化猕猴、普通牛、山羊、野猪、人、斑马鱼、鸡等10个物种(表1)。

表1 不同物种的PRL序列号

1.2 分析方法及软件 用clustal X2软件进行多序列比对10条序列,选出物种间共有序列,长度为702 bp;再用DnaSP软件计算出物种间核苷酸差异数目(K)、净遗传距离(Da);然后根据净遗传距离,通过MEGA软件用NJ(Neighbor-joining method)法进行聚类分析。

2 结果与分析

2.1 PRL基因的核苷酸多样性 物种间的多态位点和平均核苷酸差异度见表2。从表中可看出,PRL基因的多态位点比例为69.95%,平均核苷酸差异度达174.889,表明PRL基因在物种间差异较大,具有丰富的遗传多态性。物种间的核苷酸差异数目和净遗传距离(表3)。人与白化猕猴、大鼠与小鼠间的净遗传距离最小,说明他们间的PRL基因较为相似,在进化中亲缘关系较近。而斑马鱼与其他物种之间的净遗传距离均较大,表明斑马鱼与其它物种间的亲缘关系相对较远。这与前人用其他遗传标记研究这些物种的进化关系的结果基本一致。

表2 多态位点和平均核苷酸差异度

2.2 物种间的系统进化关系 本研究根据净遗传距离(Da)用邻接法(Neighbor-Joining,NJ)进行聚类分析,结果表明(图1),野猪与猫聚为一类,山羊与普通牛聚为一类,然后这两类聚成一大类后又与人和白化猕猴的一类相聚,再依次与小鼠、大鼠的一类和鸡相聚在一起。这些物种与斑马鱼的亲缘关系相对较远,系统树总体分为两支,斑马鱼为独立的一支,而小鼠、大鼠、猫、白化猕猴、普通牛、山羊、野猪、人、鸡为另一独立的大分支。

表3 物种间的核苷酸差异数目(K)和净遗传距离(Da)

图1 NJ法构建的物种系统树

3 讨论

李莹辉等(1998)认为PRL主要在就巢性的建立和维持中起主导作用;李吉涛[17]通过对PRL检测分析,结果表明不同基因型的奶牛平均产奶量、乳蛋白率差异显著;周国利等[18]在北京荷斯坦奶牛PRL的多态性与产奶性状进行关联分析后得出不同基因型间在产奶量、乳脂量、乳蛋白量及乳脂率方面差异显著;郑旭[19]等在大熊猫PRL基因研究中,认为PRL基因可以作为提高濒危动物繁殖力的重要探索途径之一。本研究用生物信息学方法对小鼠、大鼠、猫、白化猕猴、普通牛、山羊、野猪、人、斑马鱼、鸡等 10个物种的 PRL基因进行了分析,结果显示该基因在物种间有较大的变异,物种间的遗传多态性丰富,说明在这些物种分化以后,作为影响哺乳动物产乳性状的PRL基因发生了较大差异,进化速率较快。这些结果为人们进一步认识PRL基因的特性、作用机理以及改良哺乳动物的产乳和繁殖性能提供了理论依据。

在本研究中,经计算遗传距离、聚类分析 ,结果野猪与猫聚为一类,山羊与普通牛聚为一类,然后这两类聚成一大类后与人和白化猕猴的一类相聚,再依次与小鼠、大鼠的一类和鸡相聚在一起。这些物种与斑马鱼的亲缘关系相对较远,系统树总体分为两支,斑马鱼为独立的一支,而小鼠、大鼠、猫、白化猕猴、普通牛、山羊、野猪、人、鸡为另一独立的大分支。这同古生物学、形态学、生化遗传学、细胞遗传学和其他DNA分子水平上的分类结果基本一致,表明PRL基因适合于哺乳动物种间系统进化关系和分类研究。

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